درباره روش ها و تجهیزات اندازه گیری در فناوری نانو بیشتر بدانید

آشنایی با تجهیزات اندازه گیری و تعیین مشخصات در فناوری نانو

درباره روش ها و تجهیزات اندازه گیری در فناوری نانو بیشتر بدانید ، عنوان مقاله ایست که با هم مشاهده می کنیم ، در علوم مختلف مهندسی و پزشکی ، موضوع اندازه گیری و تعیین مشخصات از اهمیت زیادی برخوردار است به طوری که ویژگی های فیزیکی و شیمیایی مواد ، به مواد اولیه مورد استفاده و همچنین ریز ساختار یا ساختار میکروسکوپی بدست آمده از فرآیند ساخت بستگی دارد . به عنوان مثال برای شناسایی مواد اولیه ، بدیهی است که نوع و مقدار ناخالصی ها ، شکل و توزیع اندازه ذرات ، ساختار بلورین و مانند آن در ماهیت و مرغوبیت محصول اثر دارند ، بنابراین هرچه دستگاه های اندازه گیری و تعیین مشخصات قوی تر باشد ، کنترل مواد اولیه با دقت بیشتری صورت می گیرد . با توجه به اهمیت دستگاه ها و روش های اندازه گیری در ادامه این مقاله از پرک شیمی  به طبقه بندی این روش ها و روش های اندازه گیری پرداخته می شود . با پرک شیمی همراه باشید . . . 

روش های تعیین مشخصات مواد براساس نحوه عملکرد

• روش میکروسکوپی 

با استفاده از این روش تصاویری با بزرگنمایی بسیار بالا از مواد بدست می آید . قدرت تفکیک تصاویر میکروسکوپی با توجه به کمترین قدرت تمرکز اشعه محدود می شود . به عنوان مثال با استفاده از میکروسکوپ های با قدرت تفکیکی در حدود 1 میکرومتر و با استفاده از میکروسکوپ های الکترونی و یونی با قدرت تفکیک بالا در حدود یک آنگسترم قابل دسترسی است . این روش ها شاملAFM , STM , SNOM , SEM , TEM , FIB , MFM , SCM می باشد .

• روش های براساس پراش 

پراش یکی از خصوصیات تابش الکترومغناطیسی است که باعث می شود ، تابش الکترومغناطیس در حین عبور از یک روزنه یا لبه منحرف شود . با کاهش ابعاد روزنه به سمت طول موج اشعه الکترومغناطیسی اثرات پراش اشعه بیشتر خواهد شد . با استفاده از پراش اشعه ایکس ، الکترون ها و یا نوترون ها و اثر برخورد آنها با ماده می توان ابعاد کریستالی مواد را اندازه گیری کرد . الکترون ها و نوترون ها نیز خواص موجی دارند که طول موج آن به انرژی آنها بستگی دارد . علاوه بر این هرکدام از این روش ها خصوصیات متفاوتی دارند مثلا" عمق نفوذ نوترون از اشعه ایکس بیشتر و اشعه ایکس از الکترون بیشتر است . این روش ها شامل XRD , XRF   می باشند .

• روش های طیف سنجی 

استفاده از جذب ، نشر و یا پراش امواج الکترومغناطیس توسط اتم ها و یا مولکول ها را طیف سنجی گویند . برخورد یک تابش با ماده می تواند منجر به تغییر جهت تابش و یا تغییر در سطوح انرژی اتم ها و یا مولکول ها شود ، انتقال از تراز بالای انرژی به تراز پایین تر ، نشر و انتقال از تراز پایین انرژی به تراز بالا تر ، جذب نامیده می شود . تغییر جهت تابش در اثر برخورد با ماده نیز منجر به پراش تابش می شود ، این روش ها شامل RAMAN , NMR , RBS , FTIR , SMIS , XPS  هستند .

طیف سنجی جرمی 

روش های طیف سنجی جرمی از تفاوت نسبت جرم به بار اتم ها و یا مولکول ها استفاده می کنند . عملکرد عمومی یک طیف سنج جرمی به صورت زیر است :

1. تولید یون های گازی
2. جداسازی یون ها براساس نسبت جرم به بار
3. اندازه گیری مقدار یون ها با نسبت جرم به بار ثابت
4. روش های جداسازی : نمونه هایی که حاوی چند جز ناشناخته می باشند ، ابتدا باید از هم جدا شده و سپس اجزا توسط روش های آنالیز مشخص شوند . جداسازی براساس تفاوت در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی صورت می گیرد . به عنوان مثال حالت ماده ، چگالی و اندازه از خصوصیات فیزیکی مورد استفاده و حلالیت نقطه جوش و فشار بخار از خواص شیمیایی مورد استفاده در جدا سازی می باشند . این روش ها شامل GC , HPLC  می باشند .

طبقه بندی تجهیزات براساس خاصیت فیزیکی مورد اندازه گیری

تا حدود سال 1920 تقریبا" همه روش های شیمیایی مبتی بر جرم و حجم بودند ، از این رو به روش های وزنی و حجمی  روش های کلاسیک شیمیایی گفته می شود . در جدول زیر فهرستی از مهم ترین خاصیت ها و همچنین نام روش هایی که مبتنی بر این خاصیت ها می باشند ، ذکر شده است .

طبقه بندی روش های تعیین مشخصات براساس ماهیت شناسی

 ساده ترین و قابل قبول ترین روش طبقه بندی روش تعیین مشخصات بر اساس ماهیت شناسایی و یا آنالیز است . این نوع شناسایی را که از نظر تاریخی قدیمی ترین روش است ، آنالیز شیمیایی نیز می گویند . روش دیگر شناسایی ، تعیین نوع فازهاست که به آنالیز فازی مشهور است . در این روش ، نوع ساختار بلورین یا کانی های موجود در ماده تعیین می شود . به عنوان مثال به کمک این روش ، نوع مواد معدنی موجود در یک نمونه خاک رس مصرفی در صنایع سرامیک ، مانند کواتز (SIO₂) ، کائولینیت (AL₂O₃ 2SiO₂ 2H₂O) ، تالک (3MgO 4SiO₂ H₂O) و مانند آن ها تعیین خواهد شد ، حال آنکه در روش آنالیز عنصری ، فقط مقدار سیلیسیم (Si) ، آلومنیوم (AL) ، منیزیم (Mg) و شاید هیدروژن و اکسیژن شناسایی می شوند . در شکل زیر دسته بندی دسته بندی کلی روش های آنالیز و شناسایی مواد دیده می شود .

آشنایی با تجهیزات اندازه گیری در فناوری نانو

• میکروسکوپ نیروی اتمی ( AFM )

میکروسکوپ نیروی اتمی یا AFM  دستگاهی است که برای بررسی خواص و ساختار سطحی مواد در ابعاد نانومتر به کار می رود . انعطاف پذیری ، سیگنالهای بالقوه ی متعدد و امکان عملکرد دستگاه در مدهای مختلف ، محققین را در بررسی سطوح گوناگون ، تحت شرایط محیطی متفاوت توانمند ساخته است . این دستگاه امکان عملکرد در محیط خلاء ، هوا و مایع را دارد . برخلاف اکثر روش های بررسی خواص سطوح ، در این روش غالبا" محدودیت اساسی بر روی نوع سطح و محیط آن وجود ندارد ، با این دستگاه امکان بررسی سطوح رسانا یا عایق ، نرم یا سخت ، منسجم یا پودری ، بیولوژیک و آلی یا غیر آلی وجود دارد خواص قابل اندازه گیری با این دستگاه شامل مورفولوژی هندسی ، توزیع چسبندگی ، اصطکاک ، ناخالصی سطحی ، جنس نقاط مختلف سطح ، کشسانی ، مغناطیس ، بزرگی پیوندهای شیمیایی ، توزیع بارهای الکتریکی سطحی و قطبش الکتریکی نقاط مختلف می باشد . در عمل از این قابلیتها برای بررسی خوردگی ، تمیزی ، یکنواختی ، زبری ، چسبندگی ، اصطکاک ، اندازه و ... استفاده می شود . AFM در حوزه های مختلف تکنولوژی کاربردی اعم از الکترونیک ، هوا فضا ، خودروسازی ، علم مواد ، بیولوژی ، ارتباطات از راه دور ، انرژی ، دارو سازی ، لوازم آرایشی ، پتروشیمی و ...

• میکروسکوپ روبشی تونلی (STM  ) 

میکروسکوپ روبشی تونلی (STM  ) دستگاهی است که برای ساختار و برخی از خواص سطوح مواد رسانا ، بیولوژیک تا حدی رسانا هستند و همچنین لایه های نازک نارسانا که روی زیرلایه رسانا لایه نشانی شده اند ، در حد ابعاد زیر نانو متر به کار می رود . مبنای اندازه گیری هندسه و خواص سطحی در این دستگاه بر این واقعیت استوار است که هرگاه فاصله ی یک سوزن تیز رسانا از یک سطح رسانا حدود چند آنگستروم باشد ( متصل نشوند ) و اخلاف ولتاژی به بزرگی حدود چند ده میلی ولت به آن اعمال شود جریان الکتریکی حدود چند نانو آمپر بین سوزن و سطح برقرار می شود .  به این پدیده در اصطلاح (( جریان تونل زنی )) گفته می شود . این پدیده تنها در سایه ی مکانیک کوانتمی رخ می دهد ، چرا که الکترون ها در انتقال از سوزن به سطح و بر عکس از ناحیه ای می گذرند که انرژی پتانسیل الکترون از انرژی کل آن بزرگتر است ( ناحیه ی بین سوزن و سطح ) . مقدار جریان الکتریکی تابعی از فاصله ی سوزن از سطح ، شکل و جنس سوزن ، هندسه و جنس سطح و اختلاف ولتاژ سوزن و سطح می باشد . در دستگاه STM این سوزن تیز رسانا به بازوهای پیزوالکتریکی متصل است که به وسیله ی آن سوزن به هر نقطه ی دلخواه از سطح با فاصله ی دلخواه از آن نقطه منتقل می شود و امکان بررسی خواص آن نقطه از سطح فراهم می شود . در تعیین خواص نقاط مختلف سطح از STM به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم استفاده می شود .

• میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی ( SNOM )

  اساس کار دستگاه های میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی در سال 1972 توسط Ash و Nicholls کشف شد ، ولی اولین دستگاه میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی  در سال 1991 توسط Bet Zing ساخته شد . این دستگاه در حقیقت بسیار شبیه دستگاه میکروسکوپ نیروی اتمی ( AFM ) می باشد تا میکروسکوپ های نوری . دستگاه SNOM تصویر بسیار خوبی از توپوگرافی نمونه با قدرت تفکیک عمودی خوبی به ما می دهد . تفاوت دستگاه SNOM و AFM در پروب آنها برای رویش سطح می باشد . نوک دستگاه AFM از سیلیکون ساخته شده در حالی که نوک دستگاه SNOM از یک فیبر نوری تشکیل شده است . بر خلاف دستگاه AFM نوک دستگاه SNOM علاوه بر تعیین توپوگرافی سطح برای روشن کردن نمونه نیز به کار می رود . برخلاف دستگاه AFM ، دستگاه SNOM فقط در حالت غیر تماسی کار می کند . در SNOM فاصله نوک پروب تا سطح نمونه با میزان میرایی نوسان پروپ اندازه گیری می شود .

• میکروسکوپ الکترونی روبشی ( SEM ) 

در میکروسکوپ الکترونی روبشی ( SEM ) نیز مانند TEM ، یک پرتوالکترونی به می تابد . منبع الکترونی معمولا" از نوع انتشار ترمویونیکی فیلامان یا رشته تنگتنی است اما استفاده از منابع گسیل میدان  برای قدرت تفکیک بالاتر ، افزایش یافته است معمولا" الکترون ها بین kev 1-30 شتاب راده می شوند . سپس دو یا سه عدسی متمرکز کننده پرتو الکترونی را کوچک می کنند ، تا حدی که در موقع برخورد با نمونه قطر آن حدودا" بین mm2-10 است .

نمونه هایی از کاربرد

1. بررسی نمونه های متالوگرافی ، در بزرگنمایی بسیار بیشتر از میکروسکوپ نوری
2. بررسی مقاطع شکست و سطوح حکاکی عمیق ، که مستلزم عمق میدانی بسیار بزرگتر از حد میکروسکوپ نوری است .
3. ارزیابی جهت کریستالوگرافی اجرایی نظیر دانه ها ، فازهای رسوبی و دندریت ها بررسی سطوح آماده شده برای کریستالوگرافی .
4. ارزیابی گرادیان ترکیب شیمیایی روی سطح نمونه ها در فاصله ای به کوچکی μm  1
5. بررسی قطعات نیمه هادی برای آنالیز شکست ، کنترل عملکرد و تایید طرحی نمونه ها

نمونه ها

اندازه 

محدودیت اندازه توسط طراحی میکروسکوپ های الکترونی روبشی موجود تعیین می شود . معمولا" نمونه هایی به بزرگی 15 تا 20 سانتی متر را می توان در میکروسکوپ قرار داد ولی نمونه های 4 تا 8 سانتیمتر را می توان بدون جا به جا کردن نمونه بررسی کرد .

آماده سازی 

مواد غیر هادی معمولا" با لایه نازکی از کربن ، طلا یا آلیاژ طلا پوشش داده می شوند . باید بین نمونه و پایه اتصال الکتریکی برقرار شود و نمونه هایی ریز نظیر پودرها باید روی یک فیلم هادی نظیر رنگ آلومینیم پخش شده و کاملا " خشک شوند . نمونه ها باید عاری از مایعاتی با فشار یخار بالا نظیر آب ، محلول های پاک کننده آلی و فیلم های روغنی باقی مانده باشند .

آنالیز شیمیایی در میکروسکوپ الکترونی : هرگاه الکترون هایی با انرژی بالا به یک نمونه جامد برخورد کنند ، موجب تولید اشعه X مشخصه اتم های موجود در نمونه می شوند . به هنگام بحث در مورد تشکیل تصویر در SEM و TEM این پرتوهای X تا حد زیادی نادیده گرفته می شود . اگرچه با این کار از حجم عظیمی از اطلاعات صرف نظر می شود با این حال دانشمندان در دهه 1950 متوجه این نکته شدند و از آن زمان میکروسکوپ های الکترونی به طور فزاینده ای برای میکروآنالیز استفاده می شوند . عبارت میکروآنالیز به این معنی است که آنالیز می تواند برروی مقدار بسیار کوچکی از نمونه ها یا در بیشتر موارد برروی قسمت بسیار کوچکی از یک نمونه بزرگتر ، صورت گیرد . از آن جا که با روش های معمولی شیمیایی طیف نگاری نمی توان این کار را انجام داد ، میکروآنالیز در میکروسکوپ الکترونی به صورت ابزار مهمی برای تشخیص خصوصیات انواع مواد جامد در آمده است .

میکروسکوپ الکترونی عبوری ( TEM )

خواص مواد نانو ساختاری به شکل و اندازه آنها بستگی دارد . از این رو مطالعه پیرامون شکل ، اندازه و آرایش مواد نانو ساختاری از نظر فهم پدیده های موجود و در نهایت استفاده از آنها در کاربردهای مختلف ضروری است . روش های مختلفی برای تعیین شکل و اندازه ذرات به کار می رود که از جمله ی آن ها می توان به میکروسکوپ الکترون عبوری اشاره کرد . در پژوهش های مربوط به خواص نانو ساختاری ، میکروسکوپ الکترونی عبوری یکی از مهم ترین و پرکاربردترین دستگاه هایی است که مورد استفاده قرار می گیرد . در اغلب مطالعات انجام شده روی خواص مواد نانو ساختاری برای تعیین اندازه و شکل آنها از میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شده است . این روش اندازه و شکل ذرات را با دقت حدود چند دهم نانو متر به دست می دهد که به نوع ماده و دستگاه مورد استفاده بستگی دارد امروزه در بررسی خواص مواد نانو ساختاری از میکروسکوپ عبوری الکترون عبوری با وضوح بالا ( High – Resolution ) استفاده می شود . علاوه بر تعیین شکل و اندازه ی ذرات به وسیله ی میکروسکوپ الکترونی عبوری با استفاده از پراش الکترون و سایر ساز و کارهای موجود در برخورد الکترون با ماده برخی ویژگی های دیگر مواد نانو ساختاری مانند ساختار بلوری و ترکیب شیمیایی را نیز می توان به دست آورد .

برخی از روش های مورد استفاده در میکروسکوپ الکترونی عبوری برای بررسی ویژگی های مواد عبارتند از :

1. تصویر برداری ( میدان تاریک و میدان روشن )
2. پراش الکترون
3. پراش الکترون با باریکه واگرا ( SAD )
4. تصوری برداری Phase – Contrast در ( HRTEM )
5. تصویر برداری Z – Contrast
6. طیف نگاری پاشندگی انرژی اشعه X ( EDS )
7. طیف نگاری اتلاف انرژی الکترون (EBLS  )

اساس کار میکروسکوپ الکترونی عبوری بدین صورت است که برخورد الکترون ها با ماده شامل ساز و کارهای مختلفی می باشد . از مهم ترین آن ها می توان به برخورد و تولید الکترون ثانویه پس پراکندگی و پیش پراکندگی ، تولید اشعه X و الکترون اورژه اشاره کرد . با توجه به برهم کنش های موجود تحلیل نتایج هریک از ساز و کارها داده هایی را در مورد شکل و اندازه ، ساختار و ترکیب شیمیایی ماده بدست می دهد . پرتو الکترونی به روش های مختلفی تولید می شود که از مهم ترین آن ها می توان به گسیل ترمویونیک ( Thermoionic  Emission  ) و گسیل میدانی اشاره کرد . برای گسیل ترمویونیک به طور معمول از یک المان داغ استفاده می کنند . المان مذکور تا دمای حدودو 2800 درجه کلوین گرم می شود . جنس المان اغلب از تنگتن یا LaB6 است . مجموعه المان را نسبت به شبکه های شتاب دهنده در پتانسیل منفی نگه می دارند و الکترون های تولید شده در اثر پدیده ترمویونیک در پتانسیل بالا شتاب گرفته و انرژی بالایی کسب می کنند . در روش گسیل میدانی از پدیده تونل زنی استفاده می شود . در این حالت با اعمال میدان بالا در سطح فلز و کاهش سد پتانسیل ، الکترون می تواند تونل زده و از سطح فلز خارج شود . در این صورت می توان شار بزرگی از الکترون ایجاد کرد . مقدار بار ایجاد شده در این پدیده به میدان اعمال شده بستگی دارد . برای بدست آوردن بهره بالا برای تولید جریان باید از فلزی با نوک بسیار تیز استفاده و برای جلوگیری از اکسید شدن خلاء خیلی بالا ( Ultra High Vacuum ) نیز مورد نیاز است . در هر دو حالت الکترون های ایجاد شده را می توان به کمک میدان مغناطیسی ( که مجموعه مورد استفاده عدسی مغناطیسی نامیده می شود ) کانونی کرده و باریکه الکترونی مناسبی تولید کرد . در اثر برخورد باریکه الکترونی ماده پدیده های متنوعی روی می دهد که انواع پراکندگی ها ( Scattering ) را شامل می شود . مهم ترین آن ها عبارتند از :

1. پراکندگی الاستیک بدون تغییر انرژی تکانه الکترون
2. پراکندگی غیر الاستیک که الکترون بخشی از انرژی خود را از دست می دهد .
3. پدیده جذب نیز اتفاق می افتد که در این حالت الکترون در برخوردهایی پی در پی تمام انرژی خود را به ماده منتقل می کند .

تصویر برداری به وسیله میکروسکوپ الکترونی عبوری در حالت های مختلف انجام می شود که مهم ترین آن ها عبارتند از :

1. تصویر برداری معمولی
2. تصویر برداری میدان تاریک
3. تصویر برداری میدان روشن

در میکروسکوپ های الکترونی عبوری وضوح بالا ، علاوه بر حالت های فوق از مدهای دیگری نیز برای تصوی برداری استفاده می شود . در تصویر برداری معمولی به این دلیل که تمام پرتوهای عبوری برای ایجاد تصویر استفاده می شود ، نمی توان تصویری با وضوح بالا از نمونه تهیه کرد . در حالت میدان روشن  ( Bright – Field ) تنها از پرتوهای پراشیده نشده برای تهیه تصویر استفاده می شود . در این حالت الکترون های پراشیده در تولید تصویر دخالتی ندارند و در نهایت وضوح تصویر افزایش می یابد . در این حالت تنها بخشی از پرتوهای پراشیده شده از نمونه برای تصویر برداری مورد استفاده قرار می گیرند . با استفاده از روش های مختلف تصویر برداری علاوه بر شکل و اندازه ذرات می توان در مورد نابجایی ها و عیوب شبکه نیز داده هایی به دست آورد . در میکروسکوپ های TEM/STEM از روش بررسی هم زمان سیگنال ها ساز و کارهای موجود برای تصویر برداری و انواع دیگر آنالیزهای ممکن استفاده می شود .

پراش اشعه ایکس (XRD )

 ناحیه پرتو X در طیف الکترومغناطیس در محدوده بین پرتو γ  ( گاما ) و پرتو فرابنفش قرار دارد . با استفاده از این ناحیه طیفی می توان در خصوص ساختار ، جنس ماده و نیز تعیین مقادیر عناصر اطلاعاتی بدست آورد . از این رو روش های پرتو X در شیمی تجزیه کاربرد زیادی دارند . در پراش پرتو X از تک بلورهای با ساختار هندسی مشخص می توان به عنوان تکفام ساز در طیف سنج های پرتوX   استفاده نمود . هم چنین طرح پراش ایجاد شده توسط یک جسم بلوری برای شناسایی آن جسم به کار می رود . در بلور شناسی ، طرح های حاصل از تعداد زیادی اتم در جهت های مختلف ، می توان جزئیات طرح ساختمانی اتم ها در بلور را نشان دهد و بنابراین می توان اطلاعات دقیقی در مورد شکل ساختمانی ترکیب بدست آورد .

کاربردهای DXR عبارتند از :

1. اندازه گیری میانگین فواصل بین لایه ها یا سری اتم ها
2. تعیین موقعیت تک بلور یا دانه و ترتیب اتم ها
3. فهمیدن ساختار کریستالی مواد ناشناخته
4. تعیین مشخصات ساختاری شامل : پارامتر شبکه ، اندازه و شکل دانه ، کرنش ، ترکیب فاز و تنش داخلی مناطق کریستالی کوچک
5. در روش DXR با استفاده از رابطه شرر می توان در شرایط خاص اندازه دانه های نانومتری را تعیین کرد .
6. تشخیص فازهای کریستالی و موقعیت آن ها
7. اندازه گیری ضخامت فیلم های نازک و چند لایه

فلورسانس پرتو ایکس ( XRF )

روش فلورسانس پرتو X یا طیف سنجی پرتو ایکس یکی از روش های آنالیز عنصری است که امروزه از آن به طور وسیعی در صنعت و مراکز پژوهشی استفاده می شود . این روش ، به ویژه به خاطر سرعت زیاد در شناسایی عنصری ، برای برخی از صنایع ، ضروری است . در این روش ، پرتو ایکس به نمونه مجهول تابیده و با برانگیختن اتم ها باعث پدید آمدن پرتو ایکس ثانویه می شود . با تعیین طول موج یا انرژی پرتو ایکس ثانویه ، عنصرهای مورد نظر را می توان شناسایی کرد . دستگاه های XRF از نوع تفکیک طول موج ( WDS ) یا تفکیک انرژی ( EDS ) هستند .

از نظر روش کار نیز دستگاه های XRF به روش های هم زمان و غیر هم زمان دسته بندی می شوند . در روش هم زمان که به طور عمده در صنعت مورد توجه است ، با قرار دادن چند آشکارساز و بلور در اطراف لوله پدید آورنده پرتو ایکس و تنظیم هر بلور برای یک طول موج ویژه ( به عبارت دیگر یک عنصر ویژه ) می توان آنالیز نمونه را به صورت هم زمان انجام داد . وقتی که از دستگاه EDS استفاده شود ، روش شناسایی ، هم زمان محسوب می شود .

کاربردهای روش XRF

روش XRF در بسیاری از کاربردها ، جایگزین روش های آنالیز شیمی تر شده است . این جایگزینی به دلیل سرعت بالا و دقت زیاد در آنالیز مواد می باشد . روش های شیمی سنتی ، بسیار وقت گیر هستند و هم چنین به توانایی شخص آنالیز کننده وابسته اند . اما در روش XRF در حالی که آنالیز و شناسایی با سرعت انجام می گیرد ، این وابستگی نیز بسیار کم است . به هر حال دستگاه های XRF از نظر سرمایه گذاری ابتدایی هزینه بالایی نیاز دارند و بنابراین همه مراکز صنعتی و آزمایشگاهی توان خرید آن را ندارند . کاربر اصلی دستگاه XRF در صنایعی مانند فولاد و سیمان است . در این صنایع ، تغییر مقدار عنصرهای موجود در نمونه ، در گستره کوچک و مشخصی است و دوم آن که نیازمند سرعت زیاد آنالیز برای تصمیم گیری در تنظیم ترکیب هستند . محدود بودن عنصرهای موجود در نمونه مجهول و گستره تغییر آن ها ، امکان استفاده از منحنی های کالیبراسیون را با اطمینان به وجود می آورد . بدیهی است که در این نوع صنایع ، دستگاه هم زمان بیشتر مورد توجه باشد . در مراکز پژوهشی نیز دستگاه XRF می تواند کمک زیادی بنماید . در این نوع کاربردها ، دستگاه EDS به خاطر توان تشخیص نوع عنصرهای موجود در نمونه مجهول ، برای شروع کار آنالیز و شناسایی ، بسیار مفید است . البته دستگاه WDS نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد . ولی از آن جا که نمونه های پژوهشی ، دارای تنوع عنصری زیادی هستند ، بنابراین آنالیز با این دستگاه ممکن است با نادیده گرفتن یک یا چند عنصر در نمونه همراه باشد . به هر حال ، برای انجام کارهای پژوهشی ، استفاده از دستگاه XRF چه به صورت EDS و چه WDS برای انجام آنالیز کیفی که احتیاج به نمونه های استاندارد ندارد ، توصیه می شود .

میکروسکوپ پروب روبشی (SPM  )

در میکروسکوپ های  پروب روبشی یک پروب با سطح خیلی کوچکی از نمونه برهم کنش دارد و تصویر نمونه با حرکت مکانیکی پروب روی آن بدست می آید . نمونه مورد آزمایش به صورت خط به خط روبش می شود و برهم کنش پروب نمونه به عنوان عملگر موقعیت ثبت می گردد . چندین نوع برهم کنش وجود دارد که برای بدست آوردن تصویر استفاده می شود ، به هر نوع برهم کنش مد نیز می گویند .

مزایای روش های روبشی عبارتند از :

1. دقت میکروسکوپ به وسیله پراش محدود نمی شود . اما به وسیله اندازه حجم برهم کنش پروب – نمونه که می تواند در حدود چند پیکومتر باشد ، محدود می گردد .
2. از این روش می توان به عنوان فرآیند نانولیتوگرافی نیز استفاده نمود .

میکروسکوپ خازنی روبشی ( SCM )

SCM روشی سریع و آسان برای تصویربرداری مستقیم و غیرمستقیم از سیستم های زیر میکروبی و همچنین تصویر برداری از ناخالصی موجود در نمونه است . SCM دارای یک سنسور خازنی ارتعاشی با فرکانس بسیار بالا است که از طریق سیستم انتقالی به یک سوزن باریک وصل شده است ، اساس SCM برپایه مفاهیم خواص نیمه هادی موجود در نمونه است ، در این روش سوزن باریک به عنوان یک فلز عمل کرده و یک لایه از اکسید عایق روی سطح نمونه نیمه هادی بوجود می آید .

خازن نمونه – سوزن با انواع ظرفیت هایی که می تواند داشته باشد ، باعث بالا بردن انتهای سیستم انتقالی و تغییر فرکانس تشدیدی سیستم می شود . خازن سوزن – نمونه به وسیله ی انتقال دهنده  ی مدوله کننده روبش داده می شود ، در این فرآیند از یک ، یکسو کننده  که شامل جریان های DC و AC است ، نیز استفاده می شود ، نتیجه آن ایجاد سیگنال dc/dv ( ظرفیت خازن = C ، اختلاف ولتاژ = V ) است با نسبت سیگنال به نویز بالا به دست می آید . در این روش ، حین فرآیند روبش ، تفاوت مشخصات ارتعاشی سوزن در گام های مختلف روبش ثبت می شود و نواحی مختلف نمونه که ساختارهای متفاوتی دارند از یکدیگر متمایز می شوند .

میکروسکوپ نیروی الکترو استاتیک ( EFM )

میکروسکوپ نیروی الکترو استاتیکی یک نوع میکروسکوپ AFM اصلاح شده است که در آن تیرک به یکسو کننده ی قابل کنترل متصل است . یکسو کننده برای تولید یک میدان الکترو استاتیکی بین سوزن و ماده به کار می رود . اندازه و شکل سوزن عامل مهمی برای مشاهده ی تصویر است . EFM برای تشخیص نواحی عایق و رسانا در نمونه استفاده می شود . با استفاده از EFM دو نوع تصویر بوجود می آید که تصویر اول گرادیان میدان الکتریکی روی سطح و دیگری پتانسیل سطح را نشان می دهد . روش گرادیان میدان الکتریکی نشان دهنده ی تغییر در میدان الکتریکی داخل نمونه به وسیله ی القای نیرو روی سوزن روبش کننده است . در این مورد ولتاژ ثابت روی سوزن باقی می ماند و به ولتاژ باز خور نیازی نیست . وقتی سوزن به ناحیه ای می رسد که باعث دفع آن می شود ، از سطح دور می گردد و هنگامی که به ناحیه جذب کننده می رسد به سطح نزدیک می شود ، هر دو این تاثیرات با اندازه گیری انحراف تیرک و به صورت ارتفاع سطح مشخص می شود . در روش پتاسیل سطح ، ولتاژی سطح نمونه به وسیله ی اعمال ولتاژ روی سوزن اندازه گیری می شود ، اعمال ولتاژ باعث می شود تا سوزن انحراف نداشته باشد ، ولتاژ اعمال شده پارامتری برای بدست آوردن تصویر از سطح نمونه است . درباره روش ها و تجهیزات اندازه گیری در فناوری نانو بیشتر بدانید ، عنوان مقاله ای بود که در پرک شیمی مشاهده کردید ، لطفا هر گونه نظر ، سوال ، پیشنهاد و انتقادی دارید در زیر همین پست با ما در میان بگذارید تا خیلی سریع به شما پاسخ داده شود .

منبع : R&D Unit parakshimi ( پرک شیمی )

 مطالعه مقالات زیر به شما پیشنهاد می گردد 

♦ روش های تولید نانو ذرات نقره و مقایسه عملکرد آنها با یکدیگر

♦ مختصری درباره آبکاری فلزات

♦ غشاهای نانو متخلخل و کاربرد آنها